JP3526485B2 - Valve actuator using ultrasonic motor - Google Patents
Valve actuator using ultrasonic motorInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は超音波モータを用いた弁
アクチュエータに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a valve actuator using an ultrasonic motor.
【0002】[0002]
【従来の技術】図9は手動ハンドル式仕切弁の模式図で
ある。図10は手動ハンドル式仕切弁の断面図である。2. Description of the Related Art FIG. 9 is a schematic view of a manual handle type sluice valve. FIG. 10 is a sectional view of a manual handle type sluice valve.
【0003】ガス、水、油、LPG、LNG、蒸気等を
流通させる配管には各種のバルブが使用されている。こ
れらバルブの開閉調節はバルブの弁箱内の弁体に固定さ
れている弁棒に螺合させた手動ハンドルの操作で行う
か、または制御用弁アクチュエータを装着し、これで弁
棒を自動的に操作して行っている。手動ハンドルで操作
する場合、手動ハンドルが弁棒とともに上下動するもの
と、手動ハンドルが回転するのみで上下動しないものが
あり、本発明の弁アクチュエータを装着しようとするの
は基本的に後者の構造を有する弁である。Various valves are used in pipes for passing gas, water, oil, LPG, LNG, steam and the like. The opening and closing of these valves can be controlled by operating a manual handle screwed onto the valve rod fixed to the valve body in the valve body of the valve, or by installing a control valve actuator, which automatically moves the valve rod. To operate. When operating with a manual handle, there are those in which the manual handle moves up and down together with the valve rod, and those in which the manual handle only rotates but does not move up and down. It is a valve having a structure.
【0004】図9および図10の手動ハンドル式仕切弁
1は、弁箱2の内部を上下動して流体の流れ(矢印A)
を制御する弁体3と、流体の流れ方向に直角に弁体に取
り付けられた弁棒4と、弁箱2に固定したヨーク5に回
転自在に支持され且つ弁棒4に形成されている雄ねじ6
が螺合する雌ねじ部7を内壁に備えたねじ孔7を有する
カップリング8すなわちスリーブ8を有している。この
スリーブ8にハンドル車9が固定されている。したがっ
て、スリーブ8とハンドル車9は一体となってヨーク上
を回転する。ハンドル車9を数回ないし数十回回転する
ことにより弁棒4と共に弁体3が上下動して仕切弁1を
全開(図9に実線で示す)または全閉(図9に仮想線で
示す)して流体を流動させたり停止させるようになって
いる。なお、弁棒4が弁箱2から突出する部分にグラン
ドパッキン10を充填して流体が外部に漏れるのを防止
している。The manual handle type sluice valve 1 shown in FIGS. 9 and 10 moves up and down inside the valve box 2 to flow a fluid (arrow A).
For controlling the valve, a valve rod 4 attached to the valve at a right angle to the flow direction of the fluid, and a male screw rotatably supported by a yoke 5 fixed to the valve box 2 and formed on the valve rod 4. 6
Has a coupling 8, that is, a sleeve 8 having a screw hole 7 having an internal thread portion 7 into which is screwed. A handle wheel 9 is fixed to the sleeve 8. Therefore, the sleeve 8 and the handle wheel 9 integrally rotate on the yoke. By rotating the handle wheel 9 several times to several tens of times, the valve body 3 moves up and down together with the valve rod 4 so that the gate valve 1 is fully opened (shown by a solid line in FIG. 9) or fully closed (shown by a virtual line in FIG. 9). ) To make the fluid flow or stop. The portion where the valve rod 4 projects from the valve box 2 is filled with the gland packing 10 to prevent the fluid from leaking to the outside.
【0005】従来、弁制御用アクチュエータとして、エ
アーモータ型、エアーシリンダ型、電動機型等が使用さ
れている。直径数インチ以上の配管系で一番使用頻度の
高い仕切弁等のアクチュエータとしては、エアーモータ
型、電動機型等が良く使用されているが、これらのアク
チュエータに要求される特徴としては、低速型(1分間
に数回転程度)の高トルク型(数十Nm程度以上)であ
る。さらに、開時および閉時における噛み込み現象を防
止する性能等も必要であった。数十インチ以上の大型の
仕切弁等では、油圧シリンダ、油圧モータ、大型エアー
シリンダ、特殊電動機等も弁アクチュエータとして使用
されている。図示していないが、例えば電動機型弁アク
チュエータは電動機に減速機を介してギアを連結し、ス
リーブにハンドル車の代わりに固定したギアと噛み合わ
せ、電動機により自動的に仕切弁を開閉するようにした
ものである。Conventionally, as a valve control actuator, an air motor type, an air cylinder type, an electric motor type, etc. have been used. Air motor type, electric motor type, etc. are often used as actuators such as sluice valves that are most frequently used in piping systems with diameters of several inches or more, but the characteristics required for these actuators are low speed type. It is a high torque type (about several revolutions per minute) (about several tens Nm or more). Further, it is necessary to have a property of preventing a biting phenomenon at the time of opening and closing. For large sluice valves of several tens of inches or more, hydraulic cylinders, hydraulic motors, large air cylinders, special electric motors, etc. are also used as valve actuators. Although not shown, for example, an electric motor type valve actuator connects a gear to the electric motor through a reduction gear, meshes with a gear fixed to the sleeve instead of the handle wheel, and automatically opens and closes the sluice valve by the electric motor. It was done.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の弁アクチュエータには次のような欠点があ
る。
(1)電磁弁の場合は、その駆動力が小さいため、1イ
ンチ程度までの小口径配管用バルブにしか適用できず、
また、全開または全閉のみに作動し、それらの途中で停
止できない欠点がある。
(2)エアーモータやエアーシリンダでは、駆動源とな
る空気圧力7〜8kg/の高価な計装エアー設備が必要
であり、また開閉制御用のエアー用電磁弁が必要であ
る。計装エアー設備の無いとこでは採用が困難であっ
た。さらに駆動時に大量のエアーを必要とするので、計
装エアー設備からのエアー配管系にクッションタンク等
の設備も必要であった。
(3)電動機(1500〜1000rpm)では、数
百:1程度以上の高減速型の減速機が必要であり、ま
た、開時および閉時の噛み込み防止のため複雑なトルク
制限制御(通称:リミトルク機構)も必要であった。さ
らに停電時にも駆動可能とするためには、電動機の起動
時容量(定格容量の6倍程度)を考慮した専用UPS設
備等が必要であった。
(4)油圧シリンダや油圧モータでは、専用の油圧駆動
設備が必要であり、また開閉制御用のエアー電磁弁が必
要である。
(5)LNG等の極低温仕様や蒸気等の高温仕様ではバ
ルブのグランド部が長いので、従来の弁アクチュエータ
の場合はバルブ上部に大きな重量を掛けづらく弁に補強
が必要な場合もあった(後述するように本発明の弁アク
チュエータは軽量であるのでバルブ上部に大重量が作用
しない)。However, such a conventional valve actuator has the following drawbacks. (1) In the case of a solenoid valve, its driving force is small, so it can be applied only to small diameter piping valves up to about 1 inch,
Further, there is a drawback that it operates only when fully opened or fully closed, and cannot be stopped midway. (2) In the air motor and the air cylinder, expensive instrument air equipment with an air pressure of 7 to 8 kg / which is a drive source is required, and an air solenoid valve for opening / closing control is required. It was difficult to adopt it without the instrument air equipment. Furthermore, since a large amount of air is required for driving, equipment such as a cushion tank was also required in the air piping system from the instrumentation air equipment. (3) The electric motor (1500 to 1000 rpm) requires a high speed reduction type speed reducer of about several hundreds: 1 or more, and complicated torque limit control (commonly known as: to prevent biting at the time of opening and closing). A limit torque mechanism was also required. Furthermore, in order to be able to drive even during a power failure, a dedicated UPS facility or the like that takes into consideration the startup capacity of the electric motor (about 6 times the rated capacity) was required. (4) A hydraulic cylinder or hydraulic motor requires a dedicated hydraulic drive facility and an air solenoid valve for opening / closing control. (5) In cryogenic specifications such as LNG and high temperature specifications such as steam, the gland portion of the valve is long, so in the case of the conventional valve actuator, it may be difficult to apply a large weight to the upper part of the valve and the valve may need to be reinforced ( As will be described later, since the valve actuator of the present invention is lightweight, a large weight does not act on the valve upper part).
【0007】本発明は上述の点にかんがみてなされたも
ので、従来の配管用の手動ハンドル式のバルブに簡単・
容易に安価に取り付けることができ、軽量・小型の防爆
構造に製作することができ、制御が単純・容易な低速高
トルク性能を有する弁アクチュエータを提供することを
目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and is simple and easy to use with a conventional manual handle type valve for piping.
An object of the present invention is to provide a valve actuator that can be easily and inexpensively mounted, can be manufactured into a lightweight and small explosion-proof structure, and has a low speed and high torque performance that is simple and easy to control.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、弁箱内を上下動して流体の流れを制御す
る弁体と、流体の流れ方向に直角に前記弁体に取り付け
られた弁棒と、前記弁箱に回転自在に支持され且つ前記
弁棒の螺合するねじ部を備えたスリーブとを有する仕切
弁に装着された弁アクチュエータにおいて、前記スリー
ブにそれと同一軸線上に固定されたギアと、前記ギアに
噛み合うピニオンと、前記ピニオンの上下に対をなして
前記弁箱に対面固定された超音波モータとを具備し、前
記超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一軸線
上で係合させたことを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a valve body which moves up and down in a valve box to control the flow of fluid, and a valve body which is perpendicular to the direction of fluid flow. A valve actuator mounted on a sluice valve having a mounted valve rod and a sleeve rotatably supported by the valve box and provided with a threaded portion of the valve rod, on the same axis of the valve actuator. A pinion that meshes with the gear, and an ultrasonic motor paired above and below the pinion and fixed face-to-face with the valve box, the output shaft of the ultrasonic motor being an output shaft of the pinion. It is characterized in that it is engaged with the shaft on the same axis.
【0009】また、本発明は前記超音波モータが耐圧防
爆構造のケースに封入されていることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that the ultrasonic motor is enclosed in a case having a flameproof structure.
【0010】また、本発明は前記ピニオンの上下に対を
なして配置された前記超音波モータが前記ギアの周囲に
複数対設けられたことを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a plurality of pairs of the ultrasonic motors arranged above and below the pinion are provided around the gear.
【0011】また、本発明は超音波モータのそれぞれに
専用ドライバーを取り付けたことを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that a dedicated driver is attached to each of the ultrasonic motors.
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【0014】[0014]
【作用】従来の全種類の手動式バルブに本発明を容易に
実施することができる。使用する超音波モータは弾性体
と、電圧を加えた時伸び縮みが交互になるように厚み方
向に分極された圧電セラミックを接着したステータに超
音波領域の電圧を加え、弾性体の表面に生じた屈曲振動
を回転運動に転換したものであるから、減速機構等を使
わずに負荷をダイレクトに駆動し、低速回転、高トルク
性を与えることができ、軽量、薄型となり、応答性およ
び制御性が良くなり、無通電時にメカニカルブレーキと
して役立ち出力軸の保持ができ、回転音が静粛であり、
回転トルクがフラットなため全開、全閉時に噛み込みを
発生せず、防爆対応性も良くなる。The present invention can be easily applied to all conventional types of manual valves. The ultrasonic motor used has a voltage applied in the ultrasonic range to an elastic body and a stator with a piezoelectric ceramic polarized in the thickness direction so that expansion and contraction alternate when voltage is applied. Since the bending vibration is converted into rotary motion, the load can be driven directly without using a reduction mechanism, etc., and low speed rotation and high torque can be given, making it lightweight, thin, responsive and controllable. Is improved, it serves as a mechanical brake when de-energized, the output shaft can be held, and the rotation noise is quiet,
Since the rotation torque is flat, no bite is generated at the time of fully opening and closing, and the explosion-proof compatibility is improved.
【0015】[0015]
【実施例】以下本発明を図面に基づいて説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings.
【0016】図1は本発明に係る弁アクチュエータの概
略構成を示す模式図である。図2は本発明に係る弁アク
チュエータの要部の平面図である。図3は図2のIII −
III線上断面矢視図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic structure of a valve actuator according to the present invention. FIG. 2 is a plan view of a main part of the valve actuator according to the present invention. Fig. 3 is the III-
It is a cross-sectional arrow view on the III line.
【0017】図1、2、3に示す本発明の弁アクチュエ
ータは図9、10について説明した従来の手動ハンドル
式仕切弁1を改良し、そのハンドル車9の代わりに大型
減速ギア(ギアと略称する)9Aを取付ける等改造した
ものである。The valve actuator of the present invention shown in FIGS. 1, 2 and 3 is an improvement of the conventional manual handle type sluice valve 1 described with reference to FIGS. 9 and 10, and instead of the handle wheel 9, a large reduction gear (abbreviated as a gear). It is a modification such as mounting 9A.
【0018】図1、2、3において、弁箱2の内部を上
下動して流体の流れ(矢印A)を制御する弁体3と、流
体の流れ方向に直角に弁体3に取り付けられた弁棒4
と、弁箱2に固定したヨーク5に回転自在に支持され且
つ弁棒4に形成されている雄ねじが螺合する雌ねじ部を
内壁に備えたねじ孔を有するカップリング8すなわちス
リーブ8を有している。このスリーブ8にそれと同一軸
線上に大型減速ギア(ギアと略称する)9Aが固定され
ている。したがって、スリーブ8とギア9Aは一体とな
ってヨーク5上を回転し、ギア9Aを数回ないし数十回
回転することにより弁棒4と共に弁体3が上下動して仕
切弁1を全開または全閉して流体を流動させたり停止さ
せるようになっている。なお、弁棒4が弁箱2から突出
する部分にグランドパッキン10を充填して流体が外部
に漏れるのを防止している。ギア9Aの外周にこれと噛
み合うピニオン(小歯車)11が配置されている。In FIGS. 1, 2 and 3, a valve body 3 for vertically moving the inside of the valve box 2 to control the flow of the fluid (arrow A) and a valve body 3 mounted at right angles to the flow direction of the fluid. Valve rod 4
And a coupling 8 or sleeve 8 having a threaded hole, which is rotatably supported by a yoke 5 fixed to the valve box 2 and has an internal thread portion with which an external thread formed on the valve rod 4 is screwed, is provided. ing. A large reduction gear (abbreviated as gear) 9A is fixed to the sleeve 8 on the same axis as the sleeve 8. Therefore, the sleeve 8 and the gear 9A integrally rotate on the yoke 5, and by rotating the gear 9A several times or tens of times, the valve body 3 moves up and down together with the valve rod 4 to fully open the sluice valve 1 or Fully closed to allow fluid to flow or stop. The portion where the valve rod 4 projects from the valve box 2 is filled with the gland packing 10 to prevent the fluid from leaking to the outside. A pinion (small gear) 11 meshing with the gear 9A is arranged on the outer periphery of the gear 9A.
【0019】超音波モータ15がピニオン11の上下の
2段に対をなし、且つ互いに対面してヨーク5に固定さ
れている。上下1対の超音波モータ15の出力軸16が
それぞれ同一のピニオン11の中心軸の両端と同一軸線
上で連結している。図の実施例ではピニオン11の軸端
に角穴が形成され、この角穴に超音波モータ15の出力
軸16の先端の角部が嵌合するようになっている。実験
によれば、上下1対の超音波モータ15により毎分約9
0回転で約1ニュートンメータのトルクを出すことがで
きる。The ultrasonic motors 15 are paired on the upper and lower two stages of the pinion 11 and face each other and are fixed to the yoke 5. The output shafts 16 of the pair of upper and lower ultrasonic motors 15 are connected to both ends of the central axis of the same pinion 11 on the same axis. In the illustrated embodiment, a square hole is formed at the shaft end of the pinion 11, and the corner portion of the tip of the output shaft 16 of the ultrasonic motor 15 is fitted into this square hole. According to the experiment, a pair of upper and lower ultrasonic motors 15 drive about 9 minutes per minute.
A torque of about 1 Newton meter can be generated with 0 rotation.
【0020】超音波モータ15はロータ組立体15A、
ステータ組立体15Bおよび大ベアリング15C等を一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース15Dに封入し、出力
軸16の先端のみをケース15Dから突出したものであ
る。ロータ組立体15Aはスライダー(セラミックの薄
いリング)とロータ(アルミ円板)からなり、ステータ
組立体15Bは真鍮製弾性体15Bと、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。The ultrasonic motor 15 includes a rotor assembly 15A,
The stator assembly 15B, the large bearing 15C, etc. are enclosed together in, for example, a case 15D having a flameproof structure, and only the tip of the output shaft 16 is projected from the case 15D. The rotor assembly 15A is composed of a slider (thin ceramic ring) and a rotor (aluminum disk), and the stator assembly 15B is made of brass elastic body 15B in the thickness direction so that expansion and contraction alternate when a voltage is applied. It is a bonded piezoelectric ceramic.
【0021】図4、5、6は本発明の弁アクチュエータ
内における超音波モータの別の配置を示す平面図であ
る。4, 5, and 6 are plan views showing another arrangement of the ultrasonic motor in the valve actuator of the present invention.
【0022】図2の実施例では、ピニオン11の上段お
よび下段に対をなした超音波モータ15が6組(No.
1〜No.6)配置されているので2段6組方式と称し
ているが、図4に示すよう2段2組方式、図5に示すよ
う2段3組方式、図6に示すよう2段4組方式などと組
数を適当に増加することができる。しかし、これらの超
音波モータ15の組はギア9Aの外周にバランスを取っ
て配置し、弁棒4に曲げ応力が作用しないようにするこ
とが重要である。また、すべての超音波モータ15を含
むアクチュエータ全体を例えば耐圧防爆構造のケース1
7に封入することも可能である。その際、ケース17と
超音波モータ15の間や、超音波モータ15同士の間に
適当な接続スペーサ18が挿入される。In the embodiment shown in FIG. 2, six pairs of ultrasonic motors 15 (No.
1-No. 6) It is called a 2-stage 6-set system because it is arranged, but it is a 2-stage 2-set system as shown in FIG. 4, a 2-stage 3-set system as shown in FIG. 5, and a 2-stage 4-set system as shown in FIG. It is possible to appropriately increase the number of groups such as. However, it is important that these sets of ultrasonic motors 15 are arranged in a balanced manner on the outer periphery of the gear 9A so that bending stress does not act on the valve rod 4. In addition, the entire actuator including all the ultrasonic motors 15 is, for example, a case 1 having a flameproof structure.
It is also possible to enclose it in 7. At that time, an appropriate connection spacer 18 is inserted between the case 17 and the ultrasonic motor 15 or between the ultrasonic motors 15.
【0023】図7は本発明の弁アクチュエータに使用す
る超音波モータの別の実施例の概略構成を示す図であ
る。FIG. 7 is a diagram showing the schematic construction of another embodiment of the ultrasonic motor used in the valve actuator of the present invention.
【0024】図7において、2段組の超音波モータ25
がピニオン11の上下の2段に対をなし、且つ互いに対
面してヨーク5(図3参照)に固定されている。超音波
モータ25の出力軸16がピニオン11の軸と同一軸線
上で係合している。図面ではピニオン11の軸芯に角穴
が形成され、この角穴に超音波モータ25の出力軸16
の先端角部が嵌合している。なお、上下段の超音波モー
タ25の出力軸16が同一のピニオン11と係合してい
る。図7の超音波モータ25が図3の超音波モータ15
と異なる点は専用ドライバー24を有することである。
専用ドライバー24は超音波ドライブ回路や過電流回路
等を含んだものである。In FIG. 7, a two-stage ultrasonic motor 25
Are paired in the upper and lower two stages of the pinion 11 and face each other, and are fixed to the yoke 5 (see FIG. 3). The output shaft 16 of the ultrasonic motor 25 is engaged with the shaft of the pinion 11 on the same axis. In the drawing, a square hole is formed in the axis of the pinion 11, and the output shaft 16 of the ultrasonic motor 25 is formed in this square hole.
The tip corners of are fitted. The output shafts 16 of the ultrasonic motors 25 in the upper and lower stages are engaged with the same pinion 11. The ultrasonic motor 25 of FIG. 7 is the ultrasonic motor 15 of FIG.
The difference from is that it has a dedicated driver 24.
The dedicated driver 24 includes an ultrasonic drive circuit and an overcurrent circuit.
【0025】超音波モータ25は専用ドライバー24、
ロータ組立体15A、ステータ組立体15B、大ベアリ
ング15Cおよび押さえバネと小ベアリング15Eを一
緒に例えば耐圧防爆構造のケース15Dに封入し、出力
軸16の先端のみをケース15Dから突出したものであ
る。ロータ組立体15Aはスライダーとロータからな
り、ステータ組立体15Bは弾性体と、電圧を加えた時
伸び縮みが交互になるように厚み方向に分極された圧電
セラミックを接着したものである。 上記実施例では、
スリーブ8を従来の手動ハンドル式仕切弁のカップリン
グ8すなわちスリーブ8をそのまま使用するものとして
説明したが、本発明の弁アクチュエータを既設の各種配
管バルブ(手動式)に容易に適用可能とするためには、
それらの弁箱等の形状・寸法と、使用する大型減速ギア
の形状・寸法に適応した専用の簡易なスリーブを作るこ
とが望ましい。The ultrasonic motor 25 is a dedicated driver 24,
The rotor assembly 15A, the stator assembly 15B, the large bearing 15C, and the holding spring and the small bearing 15E are enclosed together in a case 15D having a flameproof structure, and only the tip of the output shaft 16 is projected from the case 15D. The rotor assembly 15A is composed of a slider and a rotor, and the stator assembly 15B is formed by adhering an elastic body and a piezoelectric ceramic polarized in the thickness direction so that expansion and contraction alternate when a voltage is applied. In the above example,
Although the sleeve 8 has been described as the one in which the coupling 8 of the conventional manual handle type sluice valve, that is, the sleeve 8 is used as it is, in order to easily apply the valve actuator of the present invention to various existing piping valves (manual type). Has
It is desirable to make a dedicated simple sleeve that adapts to the shape and size of those valve boxes and the shape and size of the large reduction gear used.
【0026】上記構造を有する本発明の弁アクチュエー
タは次のように駆動制御される。The valve actuator of the present invention having the above structure is drive-controlled as follows.
【0027】図8は本発明による弁アクチュエータの駆
動回路のブロック図である。FIG. 8 is a block diagram of a drive circuit for a valve actuator according to the present invention.
【0028】上述したように、図2の実施例は超音波モ
ータ15がピニオン11の上段および下段に対をなして
6組(No.1〜No.6)配置されている2段6組方
式である。この実施例について図8を参照してその駆動
方法を説明する。各組の超音波モータ15の駆動回路は
全く同一であるから、図8には代表して第1組の超音波
モータ15の駆動回路について詳細に示してある。As described above, the embodiment of FIG. 2 is a two-stage six-set system in which six sets (No. 1 to No. 6) of ultrasonic motors 15 are arranged in pairs at the upper and lower stages of the pinion 11. Is. A driving method of this embodiment will be described with reference to FIG. Since the drive circuits of the ultrasonic motors 15 of each set are exactly the same, FIG. 8 representatively shows the drive circuit of the ultrasonic motors 15 of the first set in detail.
【0029】第1組の超音波モータNo.1は上側と下
側の2段からなり、上下2段の超音波モータのロータは
同一の出力軸16に固定されているので、回転方向は互
いに逆方向となるが、駆動回路の構成は全く同じであ
る。そこで、上側の超音波モータの駆動回路の構成要素
には参照数字の後に「a」を付し、下側の超音波モータ
の駆動回路の構成要素には参照数字の後に「b」を付し
て示す。また、図中「F」はロータの時計方向回転を、
「R」はロータの反時計方向回転を意味する。The first set of ultrasonic motor Nos. 1 is composed of upper and lower two stages, and the rotors of the upper and lower two stages of ultrasonic motors are fixed to the same output shaft 16, so that the rotation directions are opposite to each other, but the drive circuit has no structure. Is the same. Therefore, the constituent elements of the drive circuit of the upper ultrasonic motor are attached with “a” after the reference numeral, and the constituent elements of the drive circuit of the lower ultrasonic motor are attached with “b” after the reference numeral. Indicate. Also, "F" in the figure indicates the clockwise rotation of the rotor,
"R" means counterclockwise rotation of the rotor.
【0030】超音波モータの駆動回路は、F回転信号ま
たはR回転信号を受けてそれぞれの駆動信号を生成する
ドライブ回路10a、10bと、一定電圧(たとえば5
V)を発生するレギュレータ11a、11bと、レギュ
レータ11a、11bの出力電圧をそれぞれ受けて駆動
周波数(たとえば約40KHz)の信号を発生する発振
回路12a、12bと、ドライブ回路10a、10bか
ら出力するF回転用駆動信号またはR回転用駆動信号を
電圧変換する出力トランス13a1 、13a2および1
3b1 、13b2 と、超音波モータの速度を設定、制御
するための速度設定/制御回路14a、14bと、超音
波モータに過電流が流れるのを防止する過電流リミット
回路/カウンタ15a、15bとで構成されている。超
音波モータ駆動用電源としてDC電源20が用意されて
いる。The drive circuit of the ultrasonic motor includes drive circuits 10a and 10b which receive the F rotation signal or the R rotation signal and generate respective drive signals, and a constant voltage (for example, 5).
V), and oscillators 12a and 12b that receive the output voltages of the regulators 11a and 11b and generate signals of a drive frequency (for example, about 40 KHz), and F that is output from the drive circuits 10a and 10b. Output transformers 13a 1 , 13a 2 and 1 for converting the rotation drive signal or the R rotation drive signal into a voltage.
3b 1 and 13b 2 , speed setting / control circuits 14a and 14b for setting and controlling the speed of the ultrasonic motor, and overcurrent limit circuits / counters 15a and 15b for preventing overcurrent from flowing to the ultrasonic motor. It consists of and. A DC power source 20 is prepared as a power source for driving the ultrasonic motor.
【0031】いま、スイッチSWをa接点に接続する
と、上側超音波モータのドライブ回路10aにはF回転
信号が与えられ、下側超音波モータのドライブ回路10
bにはR回転信号が与えられるので、それぞれ駆動信号
が出力され、出力トランス13a1 、13b 2で電圧変
換されてロータには発振回路12a、12bにより発生
された駆動周波数の信号が供給される。その結果上側の
超音波モータは時計方向に、また下側の超音波モータは
反時計方向に同一の速度で回転される。Now, when the switch SW is connected to the contact a, the F rotation signal is given to the drive circuit 10a of the upper ultrasonic motor, and the drive circuit 10 of the lower ultrasonic motor is supplied.
Since the R rotation signal is applied to b, the drive signals are output respectively, the voltage is converted by the output transformers 13a 1 and 13b 2 , and the rotor is supplied with the drive frequency signal generated by the oscillation circuits 12a and 12b. . As a result, the upper ultrasonic motor is rotated clockwise and the lower ultrasonic motor is rotated counterclockwise at the same speed.
【0032】説明は省略するが、他の組(No.2〜N
o.6)の超音波モータも同様にして第1組と同じ回転
方向に回転され弁アクチュエータが駆動される。これに
より仕切弁1は開方向に移動する。Although the description is omitted, other pairs (No. 2 to N)
o. Similarly, the ultrasonic motor 6) is rotated in the same rotation direction as the first set to drive the valve actuator. As a result, the gate valve 1 moves in the opening direction.
【0033】6組(No.1〜No.6)の超音波モー
タにある時間通電すると、弁アクチュエータが駆動され
て仕切弁1が全開位置に達するが、全開位置に達しても
なお駆動電流が流れ続けると、図示の過電流リミット回
路/カウンタ15a、15bが次のように動作して超音
波モータの回転を停止する。すなわち、過電流リミット
回路/カウンタ15a、15bはそれぞれ上段および下
段の超音波モータのロータに流れる電流Iを常に検出し
ており、この電流Iが過電流設定値Irを超えると、発
振回路12a、12bの発振を1秒間だけ停止させると
ともにカウンタのカウント値を1だけアップする。1秒
後になおDC電源20から給電されていれば、発振回路
12a、12bは再び発振動作を開始する。それにより
ロータは再び回転を開始する。その結果仕切弁1は全開
位置でなお開方向に動く力を受ける(しかし、仕切弁1
はすでに全開位置に達しているので実際には動かな
い)。そのために超音波モータのロータには過電流設定
値Ir以上の電流が流れ続けるので、上の動作が繰り返
される。すなわち、発振回路12a、12bの発振動作
が1秒間だけ停止してカウンタがカウントアップしてい
き、再び発振動作が開始する。こうしてカウンタのカウ
ント値がn(たとえば10)に達した時発振回路12
a、12bは以後の発振動作を停止する。これにより弁
アクチュエータの動作は停止し、仕切弁1の開動作は終
了する。こうすることにより弁アクチュエータや仕切弁
1に無理な力が働くのを防ぐことができる。その後スイ
ッチSWをc接点に移すことによりDC電源20からの
電圧供給は遮断され、これにより過電流リミット回路/
カウンタ15a、15bのカウンタはリセットされる。When the 6 sets (No. 1 to No. 6) of ultrasonic motors are energized for a certain period of time, the valve actuator is driven and the sluice valve 1 reaches the fully open position. When the flow continues, the illustrated overcurrent limit circuits / counters 15a and 15b operate as follows to stop the rotation of the ultrasonic motor. That is, the overcurrent limit circuits / counters 15a and 15b constantly detect the current I flowing through the rotors of the upper and lower ultrasonic motors, respectively, and when the current I exceeds the overcurrent set value Ir, the oscillation circuit 12a and The oscillation of 12b is stopped for 1 second and the count value of the counter is incremented by 1. If the power is still supplied from the DC power source 20 after 1 second, the oscillation circuits 12a and 12b start the oscillation operation again. As a result, the rotor starts rotating again. As a result, the sluice valve 1 still receives the force to move in the opening direction in the fully open position (however, the sluice valve 1
Does not actually move because it has already reached the fully open position). Therefore, the current of the overcurrent set value Ir or more continues to flow in the rotor of the ultrasonic motor, and the above operation is repeated. That is, the oscillation operation of the oscillation circuits 12a and 12b is stopped for 1 second, the counter counts up, and the oscillation operation starts again. Thus, when the count value of the counter reaches n (for example, 10), the oscillation circuit 12
a and 12b stop the subsequent oscillation operation. As a result, the operation of the valve actuator is stopped, and the opening operation of the gate valve 1 is completed. By doing so, it is possible to prevent unreasonable force from acting on the valve actuator and the sluice valve 1. After that, by moving the switch SW to the c contact, the voltage supply from the DC power source 20 is cut off, whereby the overcurrent limit circuit /
The counters of the counters 15a and 15b are reset.
【0034】以上は仕切弁1の開時の動作について説明
したが、閉時の動作はスイッチSWをb接点に接続する
ことにより超音波モータの回転方向が逆になり、過電流
リミット回路/カウンタ15a、15bの動作は全く同
じである。なお、弁開閉時のスイッチSWの操作および
過電流リミット回路/カウンタ15a、15bの出力に
よるスイッチSWの接点の切換えは図示しないコントロ
ーラや遠隔操作により行なうことができる。The operation when the sluice valve 1 is opened has been described above. However, when the sluice valve 1 is closed, the rotation direction of the ultrasonic motor is reversed by connecting the switch SW to the b contact, and the overcurrent limit circuit / counter is operated. The operations of 15a and 15b are exactly the same. The operation of the switch SW when the valve is opened and closed and the switching of the contact of the switch SW by the outputs of the overcurrent limit circuits / counters 15a and 15b can be performed by a controller (not shown) or remote operation.
【0035】[0035]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、弁
箱内を上下動して流体の流れを制御する弁体と、流体の
流れ方向に直角に弁体に取り付けられた弁棒と、弁箱に
回転自在に支持され且つ前記弁棒の螺合するねじ部を備
えたスリーブとを有する仕切弁に装着されたアクチュエ
ータにおいて、スリーブにそれと同一軸線上に固定され
たギアと、ギアに噛み合うピニオンと、ピニオンの上下
に対をなして弁箱に対面固定された超音波モータとを具
備し、超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同一
軸線上で係合させたので、次のように極めて優れた効果
が得られる。
(1)本発明の弁アクチュエータを従来のハンドル仕様
の安価な仕切弁に容易に取り付けることができ、バルブ
自動化に伴うバルブ本体の改造費用がほとんど不要であ
る。すなわち、従来のハンドルに代えて本発明の弁アク
チュエータを固定するのみである。
(2)使用する超音波モータの数を調節することによ
り、一般に広く使用されている直径2〜12インチ程度
の配管用ハンドル式仕切弁等に適用することができる。
(3)耐圧防爆型に製作することが容易であり、軽量に
製作することができ、且つ広く適用可能である。特に、
従来はLNG等の極低温仕様や蒸気等の高音仕様ではバ
ルブのグランド部が長く、バルブ上部に大きな加重をか
けづらかったが、本発明では軽量のため自動化が容易と
なる。
(4)超音波モータ特有の回転トルクがフラットである
点を活かせるので、全開、全閉時の噛み込み防止機構
(リミトルク)が不要であり、シンプルな制御で対応可
能である。
(5)弁が全開または全閉となっても、超音波モータに
閉または開の指令が入力されていても、弁の噛込みがな
く自動的に全開または全閉となる。
(6)弁の経年劣化などにより弁の開閉途中に「せる」
(大トルクが必要な)位置があっても、数回の寸動の繰
返しにより運転を継続することができる(歯車の僅かな
あそび分の寸動ができ、「せる」位置を越せる)。As described above, according to the present invention, the valve body that moves up and down in the valve box to control the flow of the fluid, and the valve rod attached to the valve body at right angles to the fluid flow direction. An actuator mounted on a sluice valve having a sleeve rotatably supported on a valve box and having a threaded portion for screwing the valve rod, wherein a gear fixed to the sleeve on the same axis as the gear and a gear Since the pinion meshes with each other, and the ultrasonic motors that face each other and are paired above and below the pinion and fixed to the valve box face-to-face, the output shaft of the ultrasonic motor is engaged on the same axis as the pinion shaft. An extremely excellent effect can be obtained. (1) The valve actuator of the present invention can be easily attached to a conventional inexpensive sluice valve having a handle specification, and there is almost no need to modify the valve body due to valve automation. That is, only the valve actuator of the present invention is fixed in place of the conventional handle. (2) By adjusting the number of ultrasonic motors to be used, it can be applied to a generally used handle type gate valve for piping having a diameter of about 2 to 12 inches. (3) It is easy to manufacture in a pressure and explosion proof type, can be manufactured in a light weight, and is widely applicable. In particular,
Conventionally, in the cryogenic specifications such as LNG and the high-pitched specifications such as steam, the gland portion of the valve is long and it is difficult to apply a large weight to the upper portion of the valve. However, in the present invention, it is easy to automate because it is lightweight. (4) Since the characteristic that the rotary torque peculiar to the ultrasonic motor is flat can be utilized, a bite prevention mechanism (limit torque) at the time of fully opening and fully closing is not required, and simple control is possible. (5) Even if the valve is fully opened or fully closed, even if a command to close or open the ultrasonic motor is input, the valve is not jammed and is automatically fully opened or fully closed. (6) "Perform" during opening and closing of the valve due to deterioration of the valve over time
Even if there is a position (which requires a large torque), the operation can be continued by repeating inching several times (a slight play of the gear can be injured, and the "make" position can be exceeded).
【図1】本発明に係る弁アクチュエータの概略構成を示
す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a valve actuator according to the present invention.
【図2】本発明に係る弁アクチュエータの要部の平面図
である。FIG. 2 is a plan view of a main part of a valve actuator according to the present invention.
【図3】図2のIII −III 線上断面矢視図である。3 is a cross-sectional view taken along the line III-III of FIG.
【図4】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。FIG. 4 is a plan view showing another arrangement of ultrasonic motors in the valve actuator of the present invention.
【図5】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。FIG. 5 is a plan view showing another arrangement of the ultrasonic motor in the valve actuator of the present invention.
【図6】本発明の弁アクチュエータ内における超音波モ
ータの別の配置を示す平面図である。FIG. 6 is a plan view showing another arrangement of the ultrasonic motor in the valve actuator of the present invention.
【図7】本発明の弁アクチュエータに使用する超音波モ
ータの別の実施例の概略構成を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of another embodiment of the ultrasonic motor used in the valve actuator of the present invention.
【図8】本発明の弁アクチュエータの駆動回路のブロッ
ク図である。FIG. 8 is a block diagram of a drive circuit of the valve actuator of the present invention.
【図9】手動ハンドル式仕切弁の模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a manual handle type sluice valve.
【図10】手動ハンドル式(外ネジ式)仕切弁の断面図
である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a manual handle type (external screw type) gate valve.
1 仕切弁
2 弁箱
3 弁体
4 弁棒
5 ヨーク
6 雄ねじ
7 ねじ孔
8 スリーブまたはカップリング
9 ハンドル車
9A ギア
10 グランドパッキン
10a ドライブ回路
10b ドライブ回路
11 ピニオン
11a レギュレータ
11b レギュレータ
12a 発振回路
12b 発振回路
13a1 出力トランス
13a2 出力トランス
13b1 出力トランス
13b2 出力トランス
14a 速度設定/制御回路
14b 速度設定/制御回路
15 超音波モータ
15A ロータ組立体(スライダーとロータ)
15B ステータ組立体(真鍮製弾性体と圧電セラミッ
ク)
15C 軸受ベアリング(大ベアリング)
15D ケース
15E 加圧スプリング(押えバネ)と小ベアリング
15a 過電流リミット回路/カウンタ
15b 過電流リミット回路/カウンタ
16 出力軸
17 ケース
18 接続スペーサ
20 DC電源
24 専用ドライバー
25 超音波モータ
SW スイッチ1 Gate Valve 2 Valve Box 3 Valve Body 4 Valve Bar 5 Yoke 6 Male Screw 7 Screw Hole 8 Sleeve or Coupling 9 Handle Wheel 9A Gear 10 Ground Packing 10a Drive Circuit 10b Drive Circuit 11 Pinion 11a Regulator 11b Regulator 12a Oscillation Circuit 12b Oscillation Circuit 13a 1 output transformer 13a 2 output transformer 13b 1 output transformer 13b 2 output transformer 14a speed setting / control circuit 14b speed setting / control circuit 15 ultrasonic motor 15A rotor assembly (slider and rotor) 15B stator assembly (brass elastic body) 15C Bearing bearing (large bearing) 15D Case 15E Pressure spring (holding spring) and small bearing 15a Overcurrent limit circuit / counter 15b Overcurrent limit circuit / counter 16 Output shaft 17 case 18 connecting the spacers 20 DC power supply 24 special screwdriver 25 ultrasonic motor SW switch
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−96776(JP,A) 特開 平7−301355(JP,A) 実開 平5−77672(JP,U) 実開 昭59−22377(JP,U) 特許3209391(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16K 31/00 - 31/05 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-3-96776 (JP, A) JP-A-7-301355 (JP, A) Actually open 5-57672 (JP, U) Actually open 59-22377 (JP , U) Patent 3209391 (JP, B2) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) F16K 31/00-31/05
Claims (4)
る弁体と、流体の流れ方向に直角に前記弁体に取り付け
られた弁棒と、前記弁箱に回転自在に支持され且つ前記
弁棒の螺合するねじ部を備えたスリーブとを有する仕切
弁に装着された弁アクチュエータにおいて、前記スリー
ブにそれと同一軸線上に固定されたギアと、前記ギアに
噛み合うピニオンと、前記ピニオンの上下に対をなして
前記弁箱に対面固定された一組の超音波モータとを具備
し、前記超音波モータの出力軸を前記ピニオンの軸と同
一軸線上で係合させたことを特徴とする超音波モータを
用いた弁アクチュエータ。1. A valve body for controlling a fluid flow by moving up and down in a valve box, a valve rod attached to the valve body at a right angle to a fluid flow direction, and rotatably supported by the valve box. In a valve actuator mounted on a sluice valve having a sleeve having a threaded portion of the valve rod, a gear fixed to the sleeve on the same axis as the gear, a pinion meshing with the gear, and the pinion. A pair of ultrasonic motors, which are fixed face-to-face with the valve box in a pair above and below, and the output shaft of the ultrasonic motor is engaged with the shaft of the pinion on the same axis. Valve actuator using ultrasonic motor.
スに封入されていることを特徴とする請求項1に記載の
超音波モータを用いた弁アクチュエータ。2. The valve actuator using the ultrasonic motor according to claim 1, wherein the ultrasonic motor is enclosed in a case having a flameproof structure.
れた前記超音波モータが前記ギアの周囲に複数対設けら
れたことを特徴とする請求項1に記載の超音波モータを
用いた弁アクチュエータ。3. A valve using an ultrasonic motor according to claim 1, wherein a plurality of pairs of the ultrasonic motors arranged in pairs above and below the pinion are provided around the gear. Actuator.
イバーを取り付けたことを特徴とする請求項1に記載の
超音波モータを用いた弁アクチュエータ。4. The valve actuator using the ultrasonic motor according to claim 1, wherein a dedicated driver is attached to each of the ultrasonic motors.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP09911995A JP3526485B2 (en) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | Valve actuator using ultrasonic motor |
Applications Claiming Priority (1)
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JP09911995A JP3526485B2 (en) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | Valve actuator using ultrasonic motor |
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JPH08296757A JPH08296757A (en) | 1996-11-12 |
JP3526485B2 true JP3526485B2 (en) | 2004-05-17 |
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ID=14238906
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JP09911995A Expired - Fee Related JP3526485B2 (en) | 1995-04-25 | 1995-04-25 | Valve actuator using ultrasonic motor |
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US10527189B2 (en) | 2015-11-13 | 2020-01-07 | Ihi Corporation | Valve actuator for an electrically actuated poppet valve including a continuously variable transmission and a power free latching mechanism |
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CN110578825A (en) * | 2019-09-30 | 2019-12-17 | 贵州航天朝阳科技有限责任公司 | Flow adjusting method and adjusting valve based on ultrasonic motor server |
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-
1995
- 1995-04-25 JP JP09911995A patent/JP3526485B2/en not_active Expired - Fee Related
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